История возникновения первого храма г. Перми связана с появлением Егошихинского Медеплавильного завода на месте, где прежде рос густой, почти не обитаемый лес. Завод располагался при впадении р. Егошихи в р. Каму, в нынешнем Разгуляе. Строительство было начато по указу Петра I и завершено в 1723 г. Одновременно с основанием завода появились первые дома для рабочих и их семей, таким образом, возникло первое селение, которое вскоре стало настолько многочисленным, что появилась потребность в построении храма.
В летописи записано, что закладка деревянной Петропавловской церкви была произведена в 1724 г. при царствовании императрицы Екатерины I.
В этом же году был рукоположен в сан первый священник церкви Алексей Евсегнеев, под чьим руководством и происходило строительство храма.
Освятили Егошихинскую церковь 12 ноября 1726 г. по благословению четвертого по счету епископа Вятского и Великопермского Алексия (Титова). Храм был назван в честь тезоименитства (именин) императора Петра I - во имя святых апостолов Петра и Павла.
Пожар 1759 г. унес большую часть егошихинского селения, однако, деревянная церковь уцелела. Очевидно, она была мала и со временем не смогла вместить всех желающих помолиться, потому, рядом с нею была заложена каменная церковь во имя святых апостолов Петра и Павла с пределом великомученицы Екатерины, которая была освящена 23 ноября 1764 г., причем Екатерининский предел был освящен раньше, 22 ноября 1762 г. по грамоте владыки Варфоломея (Любарского). Деревянная же церковь была упразднена вследствие ветхости, у ее алтаря был погребен первый, упомянутый выше священник. Новая церковь стала первым каменным зданием селения, в последствии города Перми. Многоярусная колокольня и пятикупольный храм, выполненные в стиле русского барокко поражал своим архитектурным величием, и богатым убранством.
В послереволюционный период собор Петра и Павла был неоднократно обкраден, в самом начале 30 годов храм был закрыт. Длительное время в нем располагались спецмастерские Наркомата Обороны.
Собор был принят на государственный учет в качестве памятника архитектуры в 1948 г., снят с учета в 60-е годы прошлого столетия. Длительное время его реставрировали, потом в нем располагались сами реставраторы и спортзал завода Шпагина.
С 1974г. собор и его территория использовались Пермскими реставрационными мастерскими (ПСНРПМ) под производственную базу.
В1975г. убрана обшивка фасадов и восстановлены главы, покрытие купола и апсиды (автор реставрации архитектор Г. Л. Кацко). Колокольня и барочный декор не восстанавливались.
В 1987г. здание Петропавловского собора было передано на баланс Пермским научно-реставрационным мастерским. В 1989 г. намечалось приспособление основной части здания "четверика" под проектный отдел.
В начале 1989 г. Пермским городским отделением ВООПИК и рядом других организаций предлагалось создать историко-архитектурный музей Перми на базе Петропавловского собора и определить вокруг него заповедную зону.
В сентябре 1990 г. по решению второй сессии Пермского горсовета часть храма: трапезная и пристройка были переданы общине верующих Русской Православной церкви. Началось возрождение храма. Первое богослужение в соборе состоялось 5 января 1991 года.
В конце 1992 г. петропавловский собор был полностью освобожден от нерелигиозных организаций.
12 февраля 1996 года в день памяти трех святителей архиепископ Афанасий в сослужении пермского духовенства совершил чин великого освящения собора.